一类含积分约束的生产制造系统优化调度

“即时消费”类生产制造系统的优化调度具有重要学术和应用价值. 满足此类系统对产量的实时需求, 考虑调度计划的可实现性具有挑战性. 如何得到精确满足累积产量实时需求的最优调度目前尚无系统方法, 迫切需要研究. 本文建立了含积分约束的生产制造系统优化调度新模型. 通过对生产量变化率约束的深入分析, 证明了该类优化问题等价于光滑非线性规划问题. 生产设备在各时段的产量上下界可表述为时段初、末时刻瞬时生产率的二元函数, 且为精确可达的上下界. 本文结合梯度映射的单调性, 证明了上下界函数的凸性(凹性), 在生产成本为凸函数时, 进一步证明了此类优化调度问题等价于凸规划问题. 本文以上述分析为基础, 针对含积分约束的生产制造系统优化调度问题, 提出了两阶段数值求解方法, 在许多情况下可以迅速获得调度问题的全局最优解. 新模型和相应求解方法克服了生产量变化率约束带来的困难, 获得了精确满足累积产量实时需求的最优调度. 本文同时以电力生产优化调度问题为例, 进行数值求解, 并对结果进行了讨论, 验证了新模型和相应方法的有效性.     

单一风电场的短期负荷调度优化策略

随着并网风电场数量迅速增加,单一风电场的调度水平需要提高.如何优化一个周期内风电场机组运行的数量与启停方案,迫切需要研究.针对风电场机组数量众多,调度方案解维数过高的问题,分析风电场机组负荷特性,提取机组负荷特征矩阵,运用FCM模糊聚类算法对风电场机组群进行分类;定义风电场机组运行相对损耗指标和启停相对损耗指标,在风功率预测的基础上,根据总调度指令,应用非线性规划理论建立风电场机组组合优化模型,运用模糊聚类算法和遗传算法相结合对模型进行求解.所建立模型和相应求解方法克服了风电场机组调度解维度过高带来的困难,获得了连续时期的风电场全部机组优化调度.最后,通过算例分析计算了某45MW风电场的多目标机组优化调度,验证了所提出算法的可行性和有效性.     

加工时间离散可控作业车间调度问题分解方法

给出了加工时间离散可控的作业车间调度问题（job-shop scheduling problem with discretely controllable processing times,JSP-DCPT）基于析取图的模型及其数学描述.提出一种三步分解方法,使得JSP-DCPT可以通过求解一个作业车间调度问题（job-shop scheduling problem,JSP）以及一系列离散时间-成本权衡问题得到解决.为简化分解方法,引入时间-成本相平面描述离散时间-成本权衡问题的权衡点,并详细阐释了一种基于极限模式的集合支配理论以确定用于消减JSP-DCPT分解所得离散时间-成本权衡问题的一个上界.随后提出一种基于极限模式的集合支配分解算法EMSDDA（extreme mode-based set dominant decomposition algorithm）.基于JSP标准算例FT10构造了测试算例JSPDCPT_FT10,实验仿真验证了提出的理论及分解方法的有效性.     

基于客户满意度的模糊神经网络JSP研究

针对具有不确定性因素的作业车间调度问题，基于模糊数学的思想，把模糊加工时间、间隔期和模糊交货期用梯形模糊数表示，建立了基于客户满意度曲模糊作业车间调模型。运用Hopfleld神经网络算法求解，结合目标函数和JSP的全部约束条件，构建能量函教和JSP换位矩阵，保证了神经网络稳态输出为最优生产调度方案。最后用网络计划图对稳态输出的换位矩阵进行解码得到最优调度甘特图，避免了传统成本树法易出现死锁调度的问题。计算实例验证了本算法的可行性和有效性。     

基于安全域的安全约束机组组合

鉴于电力系统安全稳定问题日益突出，有必要在电力系统的日前调度，即机组组合中考虑静态电压稳定和暂态稳定等与系统有功调度方式密切相关的安全性约束．然而，由于电力系统暂态稳定等问题本身的复杂性与现有方法的局限性，尚未见到在机组组合中考虑这些约束的相关报道．同时，由于缺少对不同调度方案的安全裕度进行定量评估的手段，至今在制定日前发电计划时难以有效地协调电力系统的经济性与安全性．针对上述问题，以安全域的方法学为基础，建立了一种可同时考虑系统运行经济性与安全性的多目标机组组合模型，首次在电力系统机组组合问题中同时考虑了支路潮流约束、静态电压稳定约束和暂态稳定约束．建立的模型以系统总运行成本、支路传输容量裕度、静态电压稳定裕度和暂态稳定裕度为优化子目标，通过子目标的权值，可以方便的调整对系统运行经济性与安全性的偏好，达到两者的兼顾．以IEEERTS-24节点系统为例，验证了所建立模型的正确性与有效性．     

梯级水电站群长期发电优化调度多核并行随机动态规划方法

随机动态规划求解水电站群长期发电优化调度易产生"维数灾"问题,导致计算耗时急剧增加,求解效率降低.如何缓解维数灾和提高计算效率,一直是水库优化调度致力于研究的难点问题.在随机动态规划的并行性分析基础上,提出了基于Fork/Join并行框架的多核并行随机动态规划方法.该方法将单个时段内所有变量组合状态下的计算任务作为父任务,通过分治法递归分解为多个子任务,并平均分配到不同的内核同时计算实现细粒度并行求解.以澜沧江下游梯级水电站群为研究实例,建立了3个变量离散数不同的调度方案,并在多核环境下验证该方法的计算效率.结果表明,在2和4核环境下,该方法的计算耗时与串行方法相比,分别节省了约50%和70%,大幅度缩减计算耗时,可充分利用多核资源;同时,计算任务的规模越大,并行计算的耗时缩减幅度越大.因此,此方法为大规模水电系统优化调度提供了一种可行途径,其并行原理可为其他应用所借鉴.     

三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.     

玻壳压制成型中残余应力的数学建模与模拟方法

玻壳成型过程中产生的残余应力对制品质量的影响很大．在分析玻壳成型特点的基础上，建立了玻璃压制成型过程中残余应力计算的数学模型，其中材料假定为热流变简单黏弹性材料，忽略了成型中的流动应力，讨论了模型问题的平衡推论及相容性方程，并详细分析了成型中不同阶段的边界条件．模型的数值求解采用了薄层理论，并通过空间上的分层离散和时间上的有限差分来进行．所提出的模型及求解方法可以很容易地扩展到通常的玻璃压制成型过程，也可用于分析许多与玻璃压制成型相关的问题，具有较广泛的参考价值．     

近地轨道长时间多星交会任务混合规划

对近地轨道长时间多星交会问题,考虑基于光照条件的时间窗口与J2摄动影响,建立多星交会混合整数非线性规划模型,提出两层混合优化方法进行求解：上层问题以交会次序、交会轨道转移时间及交会后服务时间为设计变量,采用混合离散连续编码遗传算法求解,下层优化以单次交会轨道机动时间及机动冲量为设计变量,采用下山单纯形法求解;推导考虑如摄动轨道要素差分线性交会方程,并以该方程为基础提出下层优化近似策略,以提高计算效率．仿真结果表明：1）建立的近地轨道长时间多星交会任务的混合整数非线性规划模型是有效的,提出的两层混合优化方法可以获得满足时间窗口约束的满意解;2）推导的线性交会方程是考虑如摄动长时间轨道交会轨道良好的一阶近似;3）在如摄动影响下长时间交会问题无论在一个还是多个轨道周期的时间尺度上均具有多峰性,基于混合编码遗传算法求解多星交会任务规划问题符合问题特征．     

考虑公平偏好的项目型知识员工调度

在考虑员工公平偏好的情境下,对项目型知识员工调度问题进行了研究。依据公平偏好理论的思想,以项目延迟成本最小化和全体知识员工公平效用值最大化为目标,构建了考虑公平偏好的知识员工调度的多目标优化模型,并运用遗传算法对建立的模型进行求解从而得到调度结果。最后,实例分析表明了模型的可行性和算法的有效性。     

一种基于加工匹配度的车间作业调度方法研究

单件小批量生产形式下的作业车间调度是生产调度中的重要问题.在综合考虑订单优先级、加工时间等诸多因素的基础上,提出了加工匹配度的概念来研究作业调度问题,建立了相应的调度模型,设计了一种启发式作业调度算法.在某制动阀生产企业数控车间的实际应用结果表明,该方法能够较好的辅助车间调度人员进行车间作业调度.     

基于深度强化学习与演化计算的风-水-火混合增强智能调度

火电、水电和风电是我国电力工业系统的三大能源主体,根据风-水-火发电互补特性,建立联合优化调度模型对于降低电力系统运行成本以及促进新能源消纳具有重要意义.然而梯级水电站间的时空耦合性、风电的不确定性以及风-水-火多能源相互关联的复杂约束使得联合调度模型求解较为困难.因此,本文提出了一种基于深度强化学习(deep reinforcement learning, DRL)与演化计算的混合增强智能优化框架.该框架首先利用深度强化学习与风-水-火联合调度模型进行交互,并根据交互数据对联合调度模型复杂规律进行持续学习,优化自身控制策略,提高智能体泛化能力.此后,在解决实际调度问题时,为进一步提升算法的个性化能力,利用演化计算算法(particle swarm optimization, PSO)在经过训练的DRL上进一步优化调度方案,实现风-水-火联合调度的快速决策.算例分析表明,所提出的混合增强智能优化框架求解速度快、寻优能力强,提升了DRL优化性能的鲁棒性,提高了风-水-火系统运行的经济性及风电消纳能力.     

考虑夹具-托盘组合优化的多资源约束柔性作业车间智能调度

针对多产品混合加工车间中有限夹具-托盘资源引发的生产力制约问题,提出了考虑夹具-托盘组合优化的多资源约束柔性作业车间智能调度方法.首先,以最小化最大完工时间为目标建立了基于设备-夹具-托盘三资源约束的混合整数规划模型.其次,设计了基于可行性修复和自学习型变邻域搜索的改良遗传算法并进行求解,提出了种群染色体初始化、交叉、变异过程中的可行性修复策略,在算法迭代中后期引入三种变邻域搜索方法并构建搜索策略知识库,自学习地求得最优解.最后,基于工业大数据生成算例,并通过数值实验证明了该算法具备求解精度和求解时间上的双重优越性,可有效解决设备-夹具-托盘约束下的柔性作业车间调度问题,为加工车间的生产排产智能化转型提供有力支持.     

具有通信受限的网络控制系统量化反馈控制

针对一类通信受限的网络控制系统,研究量化反馈控制器及动态调度策略的联合设计问题.考虑到介质访问约束和信号量化误差的影响,将网络控制系统建模为等价的离散时间切换系统;通过Lyapunov稳定理论推导出保证系统鲁棒稳定的模式及量化依赖型充分条件,并给出了量化反馈控制器的设计方法;在此基础上,设计了基于实时状态的动态通信调度策略,实现了网络控制系统的镇定控制.最后通过仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

基于三层路网优化策略模型的关联交叉口序列研究

以若干个连续交叉口构成的关联交叉口序列为单位,对平面信号交叉口相位的禁／放行状态进行优化建模;建立以减少延误时间和平均排队长度为目标,同时考虑驾驶员的主观心理一生理因素,寻求平面信号最优控制交叉口配时参数为最终目标的三层路网优化控制模型;最后构造出与驾驶加速度紧密关联的、三层模型架构下的目标策略函数。     

基于不同风险源组合的水库防洪预报调度方式风险分析

水库防洪预报调度方式风险分析是设计与实施水库防洪预报调度方式的重要依据,目前对此问题的研究多数为仅考虑洪水预报的狭义风险,然而水库预报调度过程中存在着多种不确定性因素.为了能够更为全面的得到水库防洪预报调度方式的综合风险率,本文分析了水文、水力、水位-库容和调度滞时4种不确定性因素及其分布特性,建立了考虑上述4种不确定性因素的水库防洪预报调度方式的水库本身和下游综合风险分析模型,采用基于拉丁超立方体抽样的蒙特卡洛方法对模型进行求解,为实施防洪调度方式提供信息支持.结合白龟山水库实例,论证了防洪预报调度方式风险率小于常规调度方式风险率,对水库及其下游是安全的,并给出满足下游防洪安全约束的最高汛限水位抬高值.     

基于满意优化原则的列车运行调是挥系统的性能指标体系研究

本文基于满意优化理论在求解大规模组合问题的优越性及列车运行调整模型的重杂性,首次尝试将满意优化理论用于列车运行调度指挥系统,并就其关键内容－性能评价指标体系进行了详细地探讨,建立了完善的复线列车运行调整的性能评价指标体系。     

基于特征线的N－S方程算子分裂有限元法

本文提出了一种求解Navier—Stokes（N—S）方程新的有限元方法：基于特征线的算子分裂有限元法（CBOS法）．该方法在每一个时间层上,采用算子分裂法将N-S方程的对流项与扩散项分开求解,扩散项时间离散采用向后差分格式,空间离散采用标准Galerkin有限元法,隐式求解;对流项离散采用特征线．Galerkin法,显式求解．应用此算法对方腔流和后台阶流动进行了数值模拟,通过与标准解或实验值对比表明该算法具有较高的精度和较好的稳定性,为以后求解N—S方程提供了一种很有应用前景的研究方法．     

考虑降雨预报的跨流域调水供水调度及其风险分析

建立考虑降雨预报的跨流域调水供水调度模型,利用决策树算法根据水库当前状态和GFS降雨预报信息获取跨流域调水规则,以确定跨流域调水量,然后进行水库供水调度;选择调水保证率,供水可靠性（缺水风险率）,供水恢复性,供水破坏率作为风险评价指标建立风险综合评价体系,对跨流域调水供水调度模型进行风险评估．实例表明,采用考虑降雨预报信息的跨流域调水供水调度模型较水库常规调度和优化调度,综合风险率低,且能有效的提高水资源的利用效率．     

考虑质量设计的合同组批生产问题研究

针对在制定组批方案中可能会产生的质量浪费现象,在考虑质量设计因素的基础上,建立以质量离散度为优化目标的组批模型,进而设计出考虑质量设计的合同组批算法。该算法改进了粒子群算法以实现聚类组批,首先松弛设备容量限制,以合同的质量离散度最小为目标,运用粒子群算法进行聚类计算,得到初步的组批方案;然后考虑设备容量约束,基于质量离散度最小原则,对违背设备容量范围的批次进行修复调整,得到最终的组批方案。以某大型国有钢铁集团的无缝钢管厂为例,基于生产实际数据设计了数据实验,以质量离散度为评价指标,将本文算法与基本粒子群算法进行对比,探讨了批次数量对问题求解的影响。实验结果表明,本文提出的模型和算法是可行和有效的。